Maîtrise des biofilms de Listeria : traitement enzymatique et par des bactériocines

« Une étude de l'USDA explore le traitement enzymatique et par des bactériocines pour maîtrise les biofilms de Listeria dans les environnements de transformation alimentaire », source Food Safety Magazine.

Une étude menée par des chercheurs de l’ARS de l’USDA et de l'Université de Virginie a démontré le potentiel de l'association d'une enzyme modifiée et de bactériocines de qualité alimentaire pour perturber les biofilms de Listeria monocytogenes et réduire le nombre de cellules bactériennes viables libérées lors du traitement. Cependant, l'efficacité des traitements variait selon la souche de L. monocytogenes et la bactériocine utilisée.

Publiée dans la revue Pathogens, l'étude a évalué les effets d'une enzyme active sur les hydates de carbone (CAase) et de deux bactériocines, la nisine et la thermophiline 110 (T110), individuellement et en combinaison, contre les biofilms formés par 11 souches de L. monocytogenes.

Listeria monocytogenes peut former des biofilms persistants sur les surfaces fréquemment rencontrées dans les installations de transformation alimentaire, notamment l'acier inoxydable, le caoutchouc et le plastique. Au sein de ces biofilms, les cellules bactériennes sont protégées par une matrice de substances polymériques extracellulaires (EPS) qui peut limiter l'efficacité des procédures de nettoyage-désinfection, permettant ainsi à l'agent pathogène de persister et de potentiellement contaminer les produits alimentaires.

Les enzymes qui dégradent la matrice du biofilm peuvent améliorer l'accès des antimicrobiens aux cellules bactériennes incluses. Des recherches antérieures ont démontré que la CAase pouvait perturber les biofilms de L. monocytogenes et renforcer l'activité antimicrobienne du T110, mais ces résultats se limitaient à une seule souche bactérienne.

Le traitement enzymatique a réduit la biomasse du biofilm pour toutes les souches

Afin d'évaluer la portée plus large du traitement enzymatique et de bactériocine, les chercheurs ont cultivé des biofilms à partir de 11 souches de L. monocytogenes. Des biofilms matures, âgés de six jours, ont ensuite été exposés à la CAase, à la nisine, au T110 ou à des combinaisons de CAase avec l'une ou l'autre bactériocine pendant 20 à 24 heures à 30 °C.

Les chercheurs ont constaté que la CAase, à elle seule, réduisait significativement la biomasse du biofilm pour les 11 souches étudiées, démontrant ainsi sa capacité à dégrader la matrice extracellulaire. Cependant, l'enzyme présentait une faible activité antimicrobienne et le traitement augmentait généralement le nombre de cellules bactériennes viables libérées des biofilms.

La nisine seule a réduit de manière significative la biomasse du biofilm dans neuf des onze souches, tandis que le T110 seul a produit des réductions significatives dans seulement deux souches

Pour deux souches, l'association de la CAase et de la nisine a permis d'améliorer davantage la destruction du biofilm par rapport à l'utilisation de la CAase seule. De même, l'association de la CAase et du T110 a amélioré la destruction du biofilm pour deux souches différentes.

Pour la plupart des souches, cependant, l'ajout de bactériocine n'a pas amélioré de manière significative la réduction de la biomasse au-delà de celle obtenue avec la CAase seule.

La nisine est plus efficace pour inhiber les cellules viables de Listeria

Bien que la CAase ait efficacement perturbé les structures du biofilm, les chercheurs ont souligné l'importance d'inactiver les cellules bactériennes libérées lors du traitement enzymatique afin d'empêcher leur propagation potentielle.

La nisine s'est avérée plus efficace que le T110 pour réduire la récupération de cellules viables de L. monocytogenes à partir de biofilms traités. Utilisée seule ou en association avec la CAase, la nisine a réduit la récupération de cellules viables en dessous des niveaux témoins non traités pour les 11 souches étudiées.

En revanche, le traitement par T110 seul a permis une récupération de cellules viables comparable, voire supérieure, à celle des témoins non traités pour cinq souches. Combiné à la CAase, T110 a induit une récupération de cellules viables similaire, voire supérieure, à celle des témoins pour six souches, suggérant que la concentration de bactériocine utilisée était insuffisante pour inactiver systématiquement les cellules libérées.

Des tests complémentaires ont montré que la concentration bactéricide minimale du T110 était d'au moins 2 048 unités arbitraires par millilitre pour de nombreuses souches, dépassant ainsi la concentration utilisée dans les expériences sur les biofilms. En comparaison, la concentration bactéricide minimale de la nisine était de 25 microgrammes par millilitre ou moins pour toutes les souches, ce qui concorde avec sa plus grande efficacité dans les conditions expérimentales.

Implications pour la maîtrise de Listeria dans les installations de transformation alimentaire

Les chercheurs ont conclu que la combinaison d'une enzyme dégradant le biofilm avec une bactériocine pourrait offrir une approche biosourcée pour maîtriser la contamination persistante par L. monocytogenes dans les environnements de production alimentaire.

Les résultats suggèrent notamment que la CAase et la nisine pourraient être intégrées aux procédés de nettoyage en place ou de désinfection par pulvérisation. Cependant, les chercheurs ont constaté la présence de biomasse résiduelle de biofilm après traitement, indiquant que des composés dégradant le biofilm ou d'autres interventions pourraient s'avérer nécessaires.

L’étude a été menée en laboratoire dans des conditions contrôlées, avec des biofilms monospécifiques et des surfaces standardisées. Les chercheurs ont préconisé des investigations complémentaires dans des conditions pertinentes pour l’industrie, notamment avec des biofilms mixtes, différentes surfaces en contact avec les aliments, des charges organiques variées et des variations de température.

Des recherches supplémentaires ont également été recommandées afin de mieux comprendre les facteurs moléculaires et structurels contribuant aux réponses au traitement dépendantes de la souche et d'évaluer les effets d'une exposition répétée à l'enzyme-bactériocine.

Comment une préparation de porc cru vietnamien pourrait nous aider à conserver des aliments naturellement ?

Nem Chua

«Comment une préparation de porc cru vietnamien pourrait nous aider à conserver des aliments naturellement», source RMIT Australia.

Une collation vietnamienne traditionnelle à base de viande pourrait être la clé du développement d'un conservateur alimentaire sûr et naturel, s'attaquant au double problème mondial du gaspillage alimentaire et des maladies d'origine alimentaire.

Points clés

• Un composé tueur de bactéries découvert dans du Nem Chua, une collation de porc fermentée
• Toxique pour les bactéries mais sans danger pour l'homme, c'est une alternative naturelle aux conservateurs alimentaires artificiels
• Une nouvelle étude révèle des conditions de croissance idéales pour fabriquer potentiellement le tueur de bactéries à l'échelle industrielle

Le snack de porc fermenté, Nem Chua, est consommé cru mais ne provoque pas d'intoxication alimentaire lorsqu'il est préparé correctement.

En effet, les bonnes bactéries qui se développent dans la viande fermentée produisent un composé spécial qui détruit les bactéries les plus dangereuses.

Des chercheurs du RMIT (Royal Melbourne Institute of Technology) ont désormais montré comment ce composé naturel qui tue les bactéries pourrait être utilisé pour conserver les aliments frais plus longtemps.

Le gaspillage alimentaire est un problème mondial qui coûte environ 680 milliards de dollars par an dans les pays industrialisés, consomme près d'un quart de l'eau utilisée dans l'agriculture et produit 8% des émissions mondiales de gaz à effet de serre.

Les maladies d'origine alimentaire à Listeria ou Salmonella affectent des millions de personnes chaque année et peuvent mettre la vie des femmes enceintes, des personnes âgées et des personnes immunodéprimées en danger.

Le co-chercheur principal, le professeur Oliver Jones, a dit que les changements dans les habitudes de consommation ont entraîné une demande accrue d'alternatives naturelles aux conservateurs alimentaires artificiels.

«Les scientifiques connaissent ces composés tueurs de bactéries depuis de nombreuses années, mais le défi consiste à les produire en quantités suffisamment importantes pour être utilisées par l'industrie alimentaire», a dit Jones, doyen associé dans les biosciences et de la technologie alimentaire au RMIT.

«Le composé du Nem Chua est incolore, inodore, insipide et très résistant.Grâce à cette nouvelle étude, nous avons identifié les bonnes conditions de croissance qui nous permettraient de le fabriquer en grande quantité, potentiellement à des échelles industrielles. Avec un développement ultérieur, nous espérons que cela pourrait être une solution efficace, sûre et entièrement naturelle pour le gaspillage alimentaire et les maladies d'origine alimentaire.»

Une arme qui tue les bactéries

Une équipe de chercheurs du RMIT a été inspirée pour étudier le Nem Chua pour ses propriétés antibactériennes potentielles après avoir voyagé au Vietnam et observé des personnes consommer la préparation de viande crue sans tomber malade, malgré le climat chaud et humide.

L'équipe, dirigée par le professeur Andrew Smith (désormais à l'Université Griffith) et le Dr Bee May, a découvert un nouveau type de composé tueur de bactéries dans le Nem Chua.

La plantacycline B21AG fait partie d'un groupe de composés appelés bactériocines, qui sont produits par des bactéries pour détruire les souches bactériennes rivales. Les bactériocines forment des trous dans les membranes des bactéries cibles. Cela provoque une fuite du contenu de la cellule, tuant efficacement les bactéries. Le problème est que la plupart des bactériocines ne fonctionnent que contre un ou deux types de bactéries et qu'elles ne sont pas très stables dans différentes conditions environnementales.

Une seule bactériocine, la nisine, qui est arrivée sur le marché dans les années 1960, est actuellement autorisée pour une utilisation comme conservateur alimentaire, sur un marché estimé à plus de 513 millions de dollars en 2020, mais ce composé est sensible à la température et au pH, ce qui limite son utilisation.

Robuste et efficace

Le composé dérivé du Nem Chua est plus robuste que la nisine et est efficace contre un large éventail de bactéries même après une exposition à une gamme d'environnements typiques de la transformation des aliments.

Il peut survivre à un chauffage à 90°C pendant 20 minutes et reste stable à des niveaux de pH élevés et faibles.

Le composé peut également détruire une gamme d'organismes pathogènes que l'on trouve couramment dans les aliments, y compris Listeria potentiellement mortelle, qui peut survivre à la réfrigération et même à la congélation.

La co-chercheuse principale, la Dr Elvina Parlindungan, qui a terminé la nouvelle étude dans le cadre de son doctorat au RMIT, est désormais chercheuse en postdoc à APC Microbiome, qui fait partie de l'University College Cork en Irlande.

«L'utilisation de bactériocines comme conservateurs alimentaires signifie efficacement que nous retournons les propres armes toxiques des bactéries contre elles, en exploitant les solutions intelligentes de la nature pour relever nos grands défis», a dit Parlindungan.

«À l'avenir, ces composés pourraient également être utiles comme antibiotique en médecine humaine.»

Des chercheurs de la School of Science du RMIT ont commencé à expérimenter des méthodes pour purifier davantage le composé et prévoient de l'incorporer dans des produits alimentaires testés.

L'équipe souhaite collaborer avec des partenaires potentiels de l'industrie pour développer davantage la technologie.

Ce travail a été soutenu par une bourse de doctorat de l’Indonesian Endowment Fund for Education (LPDP), qui fait partie du ministère des Finances de la République d'Indonésie, attribuée à Parlindungan.